Prečo by mal mať prerušovač zemnej poruchy pre ohrievač PFA vypínací prah nižší ako 30 mA pre deionizovanú vodu?

Deionizovaná (DI) voda má veľmi nízku elektrickú vodivosť-zvyčajne 0,1-10 µS/cm v porovnaní s 500 – 1 000 µS/cm pre vodu z vodovodu. Porucha uzemnenia, keď je plášť PFA narušený a vykurovací článok sa dotkne deionizovanej vody, má za následok podstatne menší zvodový prúd ako vo vode z vodovodu v dôsledku vysokého odporu deionizovanej vody. Bežný 30 mA GFCI (prerušovač obvodu zemného spojenia) sa nemusí spustiť, pretože únik cez deionizovanú vodu môže byť len 5-15 mA – príliš nízky na to, aby prekročil prahovú hodnotu 30 mA. Ohrievač stále funguje s latentnou poruchou a kovové jadro v priebehu týždňov alebo mesiacov postupne koroduje. V konečnom dôsledku môžu produkty korózie vytvoriť vodivý kanál alebo jadro môže zlyhať pri otvorení, ale oneskorenie umožňuje kontamináciu kúpeľa. Vypnutie GFCI pre systémy s DI vodou by malo byť 5-10 mA, nie 30 mA. Niektoré krajiny povoľujú 5 mA v kvapalinách s vysokým odporom na ochranu zariadenia.

Zvodový prúd a vodivosť v deionizovanej vode
Zvodový prúd do zeme cez DI vodu z exponovaného vykurovacieho telesa (120 VAC) je daný I=V / R, kde R je odpor vodného kanála. Odpor R=ρ × L / A Kde ρ=rezistivita (Ω·cm) L=dĺžka dráhy (cm) A=prierez-plocha prierezu (cm 2) Pre deionizovanú vodu s ρ=1 MΩ-cm (1 000 000} cm (1 000 000) cm L5} A10} cm A=1 cm2 R=1,000,000 x 10 / 1=10,000,000 Ω Zvodový prúd I=120 / 10 000,000=0.012 mA-výrazne pod akoukoľvek prahovou hodnotou. Ak je však otvorená plocha väčšia (A=100 cm 2 ) a trasa je kratšia (L=1 cm), R=1,000 000 x 1 / 100=10,000 ohmov I=120 / 10,000=12 mA. To je viac ako 5 mA, ale menej ako 30 mA. 30 mA GFCI by sa nespustilo, ale 5 mA GFCI áno, v priebehu 200 až 300 ms.

Keď jadro ohrievača koroduje, kovové ióny (nikel, železo, chróm) sa rozpúšťajú v deionizovanej vode, čím sa zvyšuje vodivosť. Malý defekt, ktorý začína pri 12 mA, sa môže zvýšiť na 30 mA za 24 až 48 hodín. Ohrievač zostane počas tohto obdobia zapnutý a deionizovaná voda sa kontaminuje kovovými iónmi. Dokonca aj množstvo ppb kovových iónov môže zničiť produkt v polovodičových alebo farmaceutických DI systémoch. 5 mA GFCI sa vypne skôr, ako bude porucha príliš veľká, čím sa minimalizuje znečistenie.

DI Water GFCI Trip Threshold Porovnanie
Typ vody Vodivosť (µS/cm) Typický zvodový prúd z malej poruchy (mA) 30 mA Vypnutie GFCI? 10 mA GFCI Trip? 5 mA GFCI Trip? Riziko nezistenej poruchy
Voda z vodovodu 500 50-200 Áno (okamžite) Áno Áno Nízka
RO voda 10-50 10-50 Niekedy (okrajová) Áno (väčšina prípadov) Áno Stredná
DI water (1 MΩ·cm) 1 1-15 Rare (only huge faults) Sometimes Yes (for faults >5 mA) Vysoká s 30 mA Ultra{2}}čistý DI (18 MΩ·cm) 0.055 0.1-2 Nie Nie (chyby<10 mA) No (faults <5 mA) Very high (GFCI may never trip)
Špeciálne úvahy o ultra{0}}čistom DI
Zvodové prúdy z defektov ohrievača v ultra{0}}čistej deionizovanej vode (18 MΩ·cm, ako sa používa v továrňach na výrobu polovodičov) sú zvyčajne<1 mA. "30 mA or 5 mA GFCI's will not trip." For such systems the heater has to be developed with numerous barriers (e.g. double PFA sheaths) or with a different heating mechanism (e.g. in-line quartz heater). Some facilities employ insulation resistance monitoring (IRM) instead of GFCI: the system continually measures resistance between the heating element and earth ground. If the resistance is below a certain threshold (e.g. 10 MΩ for ultra-pure DI), an alarm is raised. IRM can detect GFC issues that would never trip a GFCI because the leakage current is too low (0.5 mA at 120 V through 240 kΩ? Wait: I=120/10e6=0.012 mA). Actually, at 10 MΩ you get 0.012 mA that the IRM can detect but the GFCI cannot. 1–10 MΩ IRM thresholds are utilised.

Odpor pre väčšinu DI vodných systémov (ne{0}}polovodičových) je 0,5–5 MΩ·cm a používajú sa 5–10 mA GFCI. Pre polovodičové ultra-čisté DI použite IRM (alarm pri 1-10 MΩ) + konštrukciu s dvojitou bariérou.

Kódex a dôsledky pre jurisdikcie
NEC (NFPA 70) 3. Článok 426 požaduje prevenciu zemných porúch pre inštalované elektrické vykurovacie zariadenia. Maximálne nastavenie vypnutia pre ponorné ohrievače pre bezpečnosť personálu je 30 mA. Článok 427 však stanovuje nižšie prahové hodnoty (až do 5 mA) na ochranu zariadenia, keď ochrana personálu nie je hlavnou prioritou (napr. ohrievače v prístupných priestoroch, kde nie je kontakt s používateľom). Pre systémy DI vody špecifikujte „ochranu zariadenia GFCI“ s prahom aktivácie 5 až 10 mA. Niektoré jurisdikcie vyžadujú 5 mA GFCI pre každý ohrievač vody s vodivosťou menšou ako 100 mikrosiemens/cm. „Skontrolujte miestne kódy.

Na renováciu existujúcich nádrží na deionizovanú vodu použite 5 mA GFCI namiesto 30 mA GFCI. Jednotky sú vymeniteľné (rovnaký tvarový faktor) a stoja 50 – 100 USD, čo je výrazne menej ako cena jednej kontaminácie.

Príklad poľa
30 mA GFCI boli použité pre PFA ohrievače v polovodičovej továrni na DI vodnú leštiacu slučku. U 3 ohrievačov sa v priebehu 2 rokov vyvinuli drobné zemné poruchy (zvodový prúd 10-20 mA), ktoré nevypínali 30 mA GFCI. Operátori nehlásili žiadne poplachy. Kovové ióny (železo, nikel) sa vylúhovali do DI vody, čím sa zvýšil odpor z 18 MΩ*cm na 2 MΩ*cm a kontaminovali dávku doštičiek. Fabrika sa zmenila na 5 mA GFCI. Poruchy ohrievača sa potom rýchlo spustili pri 5 mA a znečistenie sa znížilo na nevýznamnú úroveň. Fabrika tiež obsahovala IRM s prahom výstrahy 10 MΩ pre extrémne čisté slučky.

Záver: 5-10 mA GFCI pre DI vodu
The poor conductivity of deionised water restricts ground fault currents to 5 to 20 mA for normal breach sizes. A 30 mA GFCI may not trip, and the heater continues to run with an undetected fault, which can corrode the core and contaminate the bath. For DI water systems (0.5 to 5 MΩ·cm resistivity) provide a GFCI with a 5 to 10 mA trip point . For ultra-pure DI water (>10 MΩ-cm) využíva monitorovanie izolačného odporu, nie GFCI. Náklady na 5 mA GFCI sú pomerne nízke v porovnaní s nákladmi na kontamináciu. Neposielajte ohrievač PFA s 30 mA GFCI pre DI vodu. Nižšie špecifikujte Cesta skoro, cesta často. Chráňte kúpeľ Chráňte výrobok.